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侧向冲击载荷作用下髋护具对股骨-骨盆复合体生物力学响应的影响
目的 利用三维有限元法研究髋部护具对人体股骨-骨盆复合体在侧向冲击载荷作用下生物力学响应的影响.方法 基于中国力学虚拟人模型库建立股骨-骨盆-软组织复合体的三维有限元模型,包括皮质骨、松质骨和软组织,并在此基础上建立髋部护具和股骨-骨盆-软组织复合体系统的三维有限元模型；同时,在两个模型中构建刚体平面仿真地面.约束地面刚体,对两个模型均施加侧向2 m/s的速度载荷,整个仿真分析时间设定为20 ms.通过三维有限无分析计算获得两模型受侧向冲击载荷过程中应力、应变变化特性,对比分析髋部护具对股骨-骨盆复合体生物力学响应的影响.结果 髋部护具使股骨-骨盆复合体在侧向冲击载荷作用下的应力峰值出现时间提前4ms以上,且应力应变水平出现大幅度降低；皮质骨上的应力峰值降低67.88％以上,松质骨上的峰值应力下降69.34％以上,松质骨上的压缩主应变峰值降低可达63％.结论 在侧向冲击载荷作用下,髋部护具对股骨-骨盆复合体具有良好的保护作用,能够有效预防骨折的发生或降低骨折风险.
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侧向冲击载荷作用下股骨-骨盆复合体的生物力学响应
目的 利用三维有限元分析方法研究股骨-骨盆复合体在人体侧向摔倒时冲击载荷作用下的生物力学行为特性.方法 基于中国力学虚拟人模型库建立股骨-骨盆-软组织复合体的三维有限元模型,包括皮质骨、松质骨和软组织;同时,构建一个刚体平面仿真地面.约束地面刚体,对整个股骨-骨盆-软组织复合体模型施加侧向2 m/s的速度载荷,整个仿真分析时间设定为20 ms.通过三维有限元分析计算获得股骨-骨盆侧摔冲击过程中应力应变变化特性.结果 在13 ms时,股骨大转子处软组织与地面的接触力达到大值7 656 N,对应的骨盆软组织上的大等效应力值为2.64 MPa.冲击过程中,耻骨联合处骨皮质上等效应力出现极大值,为142.64 MPa,接近其屈服强度;股骨颈和大转子处应力水平较高,股骨颈处皮质骨上的大等效应力值为76.49 MPa;股骨颈处松质骨上的大等效应力值为8.44 MPa,大压缩应变值为0.94％;股骨大转子处松质骨上的大等效应力值为8.50 MPa,大压缩应变值为0.93％.结论 人体股骨-骨盆复合体在侧摔减速冲击载荷作用下股骨颈、大转子及耻骨联合处易出现骨折.
